复合叶片对高速部分流泵性能的影响

宋丽丽 荆野 夏国生 李娟娟 刘洋

摘要：应用FLUENT软件，对采用同一蜗壳配二种不同结构形式叶轮的高速部分流泵的内部流场进行了CFD数值模拟和性能预测。通过比较分析，提出采用复合叶轮能有效地降低曲线的陡降度，使泵的流量扬程曲线变的更加平坦，并能提高泵效率。

关键词：高速部分流泵;复合叶轮;数值模拟;性能预测

1 前言

部分流泵现已被广泛用于航空航天、石油化工、化肥、制药、消防等行业。特别是近年来，由于该型泵可靠性高、扬程曲线平坦等独特的性能在消防领域已被专家、学者及用户所认识和接受，并作为建筑消防专用水泵，在我国建筑消防事业中发挥着重大的作用[1]。该泵常采用径向直叶片叶轮，流量扬程曲线的陡降度常常达不到设计的要求。为此，本文提出环形蜗壳配8长直叶片叶轮和5长+5短直叶片叶轮的研究方案，利用FLUENT软件，对高速部分流泵内部流场进行了数值模拟[2、3]，探索复合叶轮对高速部分流泵性能的影响。

2高速部分流泵内部流场CFD数值模拟

2.1基本参数

泵基本参数如表1所示。

叶轮结构型式设计两种：一种为长直叶片叶轮（如图1所示）;一种为长短叶片复合叶轮（如图2所示）。同时，为了方便讨论依据叶轮的结构形式将泵分为1#和2#，见表2。

2.2模型计算

泵内部流动区域选用Pro/E造型，用ICEM软件对模型进行网格划分及部分边界条件的设定，采用非结构四面体网格划分叶轮、蜗壳和泵的进、出水管的计算区域，生成网格见图3。

2.3边界条件

（1）进口条件：采用速度进口条件。

（2）出口条件：采用自由出流（outflow）边界条件。

（3） 固壁条件：采用无滑移固壁边界条件，并使用标准壁面函数法确定固壁附近的流动。

3性能预测

根据数值模拟的结果，同时为了直观，1#泵和2#泵的效率和扬程曲线如图4所示。

在设计工况点，扬程分别为 =236.24m， =237.41m;泵效率分别为=49.97%，=50.54%。可见，复合叶轮泵的效率较直叶片叶轮泵的效率有所提高。

从图4中也可以看出，与1#泵相比，2#泵的扬程曲线更加平坦。

由图5可以看出，2#泵压力在进口前分布较均匀;但压力的最小值有所提高，这是因为短复合叶轮的入口叶片数少，减少了液体的入口冲击损失。

由图6可以看出，2#泵进口速度场分布情况有了很大的改善，流体除了由靠近蜗壳出口附近的流道进入外，有很大一部分流体还能由其它流道进入，说明复合叶轮进口叶片数减少，增强了叶轮进口处的过流能力。

5结论

1）在同一泵壳上配二种不同结构形式叶轮，通过数值计算得出配复合叶轮的部分流流量扬程曲线更加平坦，效率有所提高。

2）复合叶轮进口叶片数少，提高了过流能力，减少了液体的冲击损失。液体进入叶轮流道后，由于叶片数的增加，液流的速度得到了明显的改善，在大流量凸显的轴向旋涡得到了有效的控制和减弱，使流量扬程曲线更加平坦。

参考文献：

[1] 李新宏.部分流泵整机非定常流动数值计算及研究.西安交通大学博士学位论文，2003.9：32-36.

[2] 刘在伦，曾憲湘.蜗壳形状对高速部分流泵性能的影响[J].流体机械，2009，03：40-44

[3]荆野，李娟娟等.固相粒径和浓度对旋流泵外特性影响的数值模拟[J].电子乐园.2019，4：278-280.